Получили 40 литров в сутки без топлива: Как новая российская технология добывает воду из воздуха

В России успешно испытали автономную установку отечественной разработки, которая добывает пресную воду из воздуха. Композитный сорбент на основе целлюлозы с солями лития или кальция работает без топлива и электричества, а масштабированный модуль способен давать до 40 литров в сутки. Рассказываем подробности:

Проблема обеспечения пресной водой отдалённых промышленных объектов, таких как нефтегазовые платформы на Каспийском шельфе, буровые площадки и вахтовые посёлки на Сахалине и в удаленных районах Сибири, традиционно решается путём регулярных и дорогостоящих рейсов судов или вертолётов. Альтернативой служат опреснители, однако они сбрасывают в море концентрированный рассол, наносящий вред экосистемам. Учёные Российского государственного университета нефти и газа имени И.М. Губкина последовательно развивают принципиально иное решение — автономную установку, извлекающую влагу непосредственно из атмосферного воздуха. Разработка основана на композитном сорбционном материале, созданном в стенах университета.

В основе российского устройства лежит композит из микрофибриллированной целлюлозы, получаемой на целлюлозно-бумажных предприятиях. Этот материал был модифицирован полистиролом и пропитан гигроскопичными солями — хлоридами лития или кальция, активно поглощающими влагу из воздуха. Пористая структура матрицы надёжно удерживает соли, препятствуя их попаданию в конденсат. Для дополнительной защиты от проникновения рассолов в готовую воду конструкция конденсационно-дренажного узла выполнена так, чтобы конденсат не соприкасался с сорбирующим материалом. Это также снижает риск загрязнения деталей при многократном использовании.

• Принцип работы установки циклический. В ночное время композитный материал поглощает влагу из воздуха, а днём под воздействием солнечного света нагревается и отдаёт накопленную воду в виде пара. Фототермический слой способствует выделению влаги, а пористая структура обеспечивает эффективное поглощение водяного пара. Пар конденсируется на охлаждаемой поверхности и самотёком собирается в ёмкость. Высокая производительность достигается за счёт разделения зон нагрева и конденсации. Линза концентрирует солнечное излучение на кассете с сорбентом, нагревая её до 85-120 градусов Цельсия, что вызывает интенсивное парообразование. Пар перемещается в холодную зону конденсатора, где превращается в воду.

Полевые испытания уже подтвердили высокую эффективность разработки. Удельная производительность достигла 13,2 литра воды с одного квадратного метра активной площади за восьмичасовой цикл. Этот показатель в два-три раза превышает наиболее высокие опубликованные результаты близких по принципу действия пассивных систем и до 4,5 раз превосходит данные сопоставимых установок, испытанных на открытом воздухе. Масштабированный модуль площадью один квадратный метр потенциально способен обеспечивать до 40 литров воды в сутки при благоприятных климатических условиях. Наиболее эффективна установка на территориях с влажным климатом, таких как Каспийский шельф и Сахалин, а в Восточной Сибири может применяться сезонно.

• Главные преимущества российской технологии — полная автономность и экологическая безопасность. Установке не требуются топливо или электрогенераторы: достаточно солнца и воздуха. Это особенно важно для удалённых районов, где отсутствуют энергосети. Кроме того, технология позволяет получать пресную воду без отходов в виде рассолов, что выгодно отличает её от традиционных опреснителей. Устройство готово к опытно-промышленным испытаниям на нефтегазовых объектах, на разработку получен патент.

На предыдущем этапе проекта наши учёные уже создали и испытали установку для получения воды из воздуха в жарких регионах, в частности в Крыму. Следующий этап предусматривает создание оборудования повышенной мощности с дополнительным питанием от солнечных батарей и автоматической реакцией на перемещение солнца. Это позволит применять технологию в большем числе регионов России.

Идея использования атмосферной влаги для водоснабжения имеет давнюю историю. Согласно одной из гипотез, древние жители засушливого Крыма могли собирать воду, конденсируя влагу воздуха на каменных сооружениях. В 1912 году инженер Федор Зибольд построил на горе Тепе-Оба близ Феодосии экспериментальный росовый конденсатор — курган из крупных камней диаметром около восьми метров и высотой шесть метров. По свидетельствам современников, установка работала: благодаря ночному охлаждению внутри груды камней образовывался конденсат, и удавалось собирать несколько десятков литров воды в сутки. Этот опыт стал одним из первых задокументированных примеров получения воды из воздуха. Позднее, уже в 1930-е годы, великий русский учёный Константин Эдуардович Циолковский искал решение для водоснабжения пустынь и в 1933 году опубликовал статью о проекте оригинального устройства для конденсации воды в жарком пустынном климате. После Великой Отечественной войны исследования продолжились: появились расчётные модели росовых конденсаторов, началось экспериментальное изучение туманоуловителей. В последние десятилетия научные проекты в этой области активно ведутся в России, Китае, и США.

Иван Захаров. Изображение: опытная установка по получению воды из атмосферной влаги (автор необработанного фото Дмитрий Репин).